多段速度选择变频器调速

1、等级:湖南工程学院课 程 设 计课程名称 专业综合课程设计 课题名称 多段速度选择变频器调速 专 业 自动化 班 级 1191 学 号 201101029118 姓 名 徐瑞先 指导教师 赵葵银、李祥来、沈细群等 2014年6月23 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书 课程名称 专业综合课程设计 课 题 多段速度选择变频器调速 专业班级 自动化 1191 学生姓名 徐瑞先 学 号 201101029118 指导老师 赵葵银、李祥来、沈细群等 审 批 黄 峰 任务书下达日期 2014年6月23日 任务完成日期 2014年7月4日设计内容与设计要求设计内容：1.使用三菱变频器FR D-720

2、，控制交流电动机调速。2.确定设计方案。3.采用15段速度控制变频器的运行。4.正确设置变频器的参数。5.正确地在实验装置上对变频器与交流电机进行接线。6.并记录各段速的变频器运行频率。设计要求：1设计思路清晰，给出整体设计框图；2单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3分析所有单元电路与总电路的工作原理，并进行试验调试。并给出必要的波形分析。4绘制总电路图， 5写出设计报告；主 要 设 计 条 件1.设计参数1）输入输出电压：（AC）220（1+15%）、2）FR-D720变频器3）DJ16三相鼠笼式异步电机4）变频调速控制板2.可提供实验与仿真条件电力电子与运动控制技术训练室提供实验条件说

3、 明 书 格 式目 录1课程设计封面；2任务书；3说明书目录；4设计总体思路，主电路设计；5控制单元电路设计（各单元电路图）；6实验或仿真调试等。7总结与体会；8附录（完整的总电路图）；9参考文献；10、课程设计成绩评分表进 度 安 排设计时间分为二周第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四:控制电路设计星期五:控制电路设计；第二周星期一: 控制电路设计星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等星期四五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:答辩及资料整理参 考 文 献参考文献1王兆安电力电子技术（第5版）机械工业出版社，20082孙培德现代运动

4、控制技术及其应用电子工业出版社，20123陈伯时电力拖动自动控制系统（第4版）机械工业出版社，20124曾 毅运动控制系统工程机械工业出版社，20145刘定建，朱丹霞实用晶闸管电路大全机械工业出版社，19966刘星平电力电子技术及电力拖动自动控制系统校内，1999目 录第1章 概 论61.1 设计背景61.2 基于FR-D700变频器的多段调速系统71.2.1 多段速度选择变频器调速的特点81.2.2 实际工程意义8第2章 系统总体方案的确定92.1 变频器直接设置的多段速调速92.2 基于PLC的多段速调速102.3 基于外部电位器方式的变频器外部电压/电流调速10第3章 主电路设计113.

5、1变频器主电路结构设计123.2 变频器控制电路的设计133.3保护电路设计15第4章 实验与调试184.1 FR-D720-0.4K变频器的面板介绍184.2 变频器的参数设定步骤194.2.1 设置参数（例P6）194.2.2 参数清零194.2.3 查看输出电流204.3 参数的设置204.4 多段调速的实现21总 结23附录（硬件接线实物图）24参考文献25第1章 概 论1.1 设计背景 电力电子技术诞生至今已近50年，它对人类的文明起了巨大的推动作用，近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控

6、制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势，交流电机变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段，变频调速以其优异的调速和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果、适用范围广等优点，而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 国内交流变频调速技术产业状况表现如下：（1）变频器的控制策略的基础研究与国外差距不大。（2）变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规。（3）变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。（4）相关配套产业及行业落后。（5）产销量少，可靠性及工艺水平不高。国外交流变频调速

7、技术高速发展有以下特点：（1）市场的大量需求，随着工业自动化程度不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，并取得显著的经济效益。（2）功率器件的发展，近年来高电压、大电流的SCR，GTO，IGBT，IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大电流变频器产品的生产及应用成为现实。（3）控制理论和微电子技术的发展，矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；12位、32位高速微处理器以及信号处理器（DPS）和专用集成电路（ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高

8、精度、多功能化提供了硬件手段。（4）基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。1.2 基于FR-D700变频器的多段调速系统1.2.1 多段速度选择变频器调速的特点选择变频器调速是因为它很好设置及控制，只需改变变频调速控制板的四个开关选择，及可改变频率，从而达到改变速度的目的。 1.2.2 实际工程意义变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。1. 变频调速的节能 风机、泵类负载的节

9、能效果最明显，节电率可达到20%60%。 2. 软启动  工频状况下马达采用的是星三角降压延时启动，此时电流是电机额定电流的47倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大冲击。采用变频器后，马达只需在额定电流下就可启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对马达和电网的冲击，延长了电机的使用寿命。3. 减少无功功率   无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因无功功率因素的降低导致电网有功功率的降低。而使用变频器调节后由于变频器内滤波电容的使用，使得功率因素接近为1，增大了电网的有功功率。从而节省了无功功率消耗的能量。4. 方便控制，使控制系统简单

10、化    、变频器很容易实现电机的正、反转    、加、减速时间及频率可任意调节    、变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路  、运行平稳  、可进行高速运转第2章 系统总体方案的确定 多段调速的方法有很多种，每种有每种的优缺点，下面就简单介绍常见的三种：由变频器直接设置的多段速调速；基于PLC的多段速调速；基于外部电位器方式的变频器外部电压/电流调速。2.1 变频器直接设置的多段速调速

11、功能参数码是变频器基本功能的指令形式，它存储在变频器中。若要求变频器完成一种或几种控制功能，可通过键盘操作键将对应的功能参数码预置进去，变频器即可按照预置的功能运行。预置这些功能参数码没有先后顺序，只要预置进去后，即被记忆。 多段速及程序控制，此功能参数码参照变频器的参数功能表。对于FR-D720-0.4K三菱变频器，P4P6是固定频率1-3，P24-P27是固定频率4-7，P232-P239是固定频率9-15,。可实际设计15段速，通过控制板的开关选择，按下变频器的RUN观察电动机的转速情况。 该方案的优点是简单，容易设置与控制，缺点是转速不稳定，容易设置参数错误，一旦设置好难以更改。2.2

12、 基于PLC的多段速调速 PLC调速可分为四种基于PLC控制方式的多段速调速基于PLC通信方式的多段速调速基于PLC通信方式的开环变频调速基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速 总的来说是通过PLC来控制电机转速。通过程序写入，打开GX软件，调出相应的实验参考程序，选择“在线”菜单下的“PLC写入”选项，进行程序的下载(由PC机进入PLC主机)。写入程序的对话框中三项只需选中“程序MAIN”即可，写入完毕后PLC主机要断电一次，以确保参数的写入。下载完毕后将主机切换到“RUN”位置。同时通过开关的选择，观察电机转速的变化。 该方案优点是控制起来灵活多变，容易更改程序，操作简单，缺点是前三种不能控

13、制速度的稳定，但加入闭环就很好的反馈了。2.3 基于外部电位器方式的变频器外部电压/电流调速通过启动/停止开关，要求电机转速能随外部电位器的调节而改变，断开开关，电 机停止转动。变频器外部端子控制模式控制变频器的输出，使变频器的输出随着外部电流的输入变化而改变。也就是模拟信号给定方式，通过模拟信号（电压信号或电流信号）控制变频器输入端子来设定输出频率的给定方式，变频器输出频率的高低通过模拟量的大小调节，属于外部给定。根据模拟量给定信号的种类不同，可以分为电压信号给定和电流信号给定。 电压信号给定优点是接线简单，操作方便。缺点是会产生温度漂移，抗干扰能力低，安装距离受到一定的限制，频率调节精度稍

14、低。与电压信号给定方式比较，优点是不受传输电压损失影响，可以较远距离安装，抗干扰能力较强。缺点是电流信号源电路较复杂，频率调节精度稍低。综合上述及我们此课题所要求的，我们选择第一个方案，原因是所用的器件最少，然后能实现课题要求，节省资源，并且此方案操作简单。 第3章 主电路设计总电路主要由三部分组成：三菱变频器，变频调速控制板，三相鼠笼式电动机。如图3-1所示 图3-1 变频器接线图 该变频器的输入为单相交流，输出为三相交流，且由开关K1，K2,K3，K4，K5的开合控制频率的变化，从而控制电机的速度。3.1变频器主电路结构设计 给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分称为主电路。如图3-2

15、所示 图3-2 变频器主电路图1. 整流器 最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源（其中工频电源也可是单相交流），也可用两组晶体管变流器构成可逆变流。2. 平波回路 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。3. 逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通，关断就可以得到3相交流输出。4. 制动回路 异步电动机在再生制动区域使用时（转

16、差率为负），再生能量存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械系统（含电动机）惯量积累的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用可逆变流器向电源反馈或者设置制动回路把再生功率消耗掉，以免直流电路电压上升。3.2 变频器控制电路的设计 给异步电动机供电（电压，频率可调）的主电路提供控制信号的回路称为控制电路。如图3-3所示，主要由以下电路组成：频率，电压的运算电路，主电路的电压，电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机保护电路。无速度检测电路为开环，有则为稳定性好的闭环，本实验没有用到。 图3-3 变频器控制电路图1. 运算

17、电路通过比较决定逆变器的输出电压，频率。2. 电压，电流检测电路与主回路电位隔离检测电压，电流等。3. 驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离使主电路器件导通，关断。4. I/O输入输出电路为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入（比如运行，多段速度运行等）信号，还有各种内部参数的输出（比如电流，频率，保护动作驱动等）信号。5. 速度检测电路以装在异步电动机轴上的速度检测器的信号为速度信号，送入运算回路，一般是用于闭环情况。3.3保护电路设计 由于变频器涉及的保护电路较多，故特意提取出来讲解。检测主电路的电压，电流等，当发生过载或过电压异常时，为了防止逆变器和异步电动机损

18、坏，使逆变器停止工作或抑制电压，电流值。控制电路中的保护电路可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，功能如表3-1所示 3-1 保护功能表保护对象保护功能逆变器保护瞬时过电流保护过载保护再生过电压保护瞬时停电保护接地过电流保护冷却风机保护异步电动机保护过载保护超频（超速）保护其他保护防止失速过电流防止失速再生过电压 1. 逆变器保护瞬时过电流保护 由于逆变电流负载侧短路等，流过逆变器器件的电流达到异常值时，瞬时停止逆变器运转，切断电流。过载保护 逆变器输出电流超过额定值，且持续通达规定时间以上，为了防止逆变器器件，电线等损坏要停止运转。恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器等保护。再生过电压保护

19、 采用逆变器是电动机快速减速时，由于再生功率直流电路电压将升高，有时超过容许值，可以采取停止逆变器运转或停止快速减速的方法，防止过电压。瞬时停电保护 对于数毫秒以内的瞬时停电，控制电路工作正常，但瞬时停电如果达数10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不能供电，所以检出后使逆变器停止运转。接地过电流保护 逆变器负载接地时，为了保护逆变器，有时要有接地过电流保护功能，但为了确保人身安全，需要装设漏电断路器。冷却风机异常有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上市，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检出异常后停止逆变器。2. 异步电动机的保护过载保护 过载检出装置与逆变器保护共

20、用，但考虑低速运转的过热时，在异步电动机内埋入温度检出器，动作频繁时，可以考虑减轻电动机负载，增加电动机及逆变器容量等。超额（超速）保护 逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，防止逆变器运转。3. 其它保护防止失速过电流 急加速时，如果异步电机跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运转就不能继续进行（失速）。所以，在负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降。防止失速再生过电压 减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为了防止再生过电压电路保护动作，在直流电压下降之前要进行控制，抑制频率下降，防止不能运转（失速）第4章 实验与调试4.1 FR-D720-0.4K变频器的面板介

21、绍 单位显示运行模式监视器显示参数设定模式运行模式显示运行模式显示运行模式切换停止运行 旋钮模式切换各设定的确定启动指令 图4-1 操作面板显示图4.2 变频器的参数设定步骤 使用变频器的操作面板，设置参数，参数清零，或查看输出电流等4.2.1 设置参数（例P6）P6步骤1. 按键，选择PU操作模式 2. 按MODE键，进入参数设定模式 3. 拨动旋钮，选择参数号码P6 4. 按SET键，读出当前的设定值 5. 拨动旋钮，把设定值变为10 6. 按SET键，完成设定4.2.2 参数清零操作步骤 1. 按键，选择PU操作模式 2. 按MODE键，进入参数设定模式 3. 拨动旋钮，选择参数号码AL

22、LC 4. 按SET键，读出当前的设定值 5. 拨动旋钮，把设定值变为1 6. 按SET键，完成设定注意：无法显示ALLC时，将P160设为“1”，无法清零时将P79设为“1”。4.2.3 查看输出电流 按MODE键，显示输出频率 按住SET键，显示输出电流 放开SET键，回到输出频率显示模式4.3 参数的设置 本实验主要是变频器的参数功能设置，对于多段速调速功能的参数设置主要如下表4-1 表4-1 参数功能表序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P112050上限频率2P200下限频率3P755加速时间4P855减速时间5P900.35电子过电流保护6P16099990扩张功能显示选择7P79

23、03操作模式选择8P179618多段速运行指令9P18000多段速运行指令10P18111多段速运行指令11P18222多段速运行指令12P45050固定频率113P53030固定频率214P61010固定频率315P24999940固定频率416P25999950固定频率517P26999945固定频率618P27999935固定频率719P232999930固定频率820P233999948固定频率921P234999936固定频率1022P235999910固定频率1123P236999925固定频率1224P237999918固定频率1325P238999938固定频率1426P239

24、999950固定频率15将上面的功能参数输入到变频器中4.4 多段调速的实现 三菱FR-D720变频器多段调速是通过STR（REX),RH,RM和RL端子设置来设定15种频率速度，而外部端子STF（只能正转）是用来启动和停止电机的转动。实现15种调速是通过STR ，RH,RM和RL端子的组合而来，如表4-2所示 表4-2 开关与频率对应表速度段K2(STR)K3(RH)K4(RM)K5(RL)设定频率（Hz）101005020010303000110400114050101506011045701113581000309100148101010361110111012110025131101181411103815111150结果如预期所想，在做实验时，需要考虑的是参数值的